Geringerer Energieverbrauch beim Rollen
Hallo zusammen,
ich hab mir mal ein Paar Gedanken zu der Frage gemacht ob es wirklich nötig ist, dass Verbrennungsmotoren beim Rollen so viel Widerstand haben müssen. Oder anders gesagt, warum die Motorbremse so stark sein muss. Hätte man einen Motor der ohne Last kaum Widerstand hat könnte man viel weiter rollen und müsste trotzdem nicht ständig schalten oder kuppeln.
Die Grundenergie um den Motor am laufen zu halten ist heute relativ hoch und wird entweder über die Träge masse des Fahrzeugs aufgebracht oder wenn man auskuppelt über die Zündung.
Dazu folgende Idee:
Bei einer elektrischen Ansteuerung der Ventile könnte man die Motorsteuerung so auslegen, dass die Ventile geschlossen bleiben sobald kein Kraftstoff mehr eingespritzt wird. Dadurch würde der Motor nichtmehr ansaugen, nichtmehr ausblasen über den Auspuffwiderstand und den Turbo nichtmehr drehen und man hätte eine Menge Energie gespart. Der Motor würde zwar komprimieren und dekomprimieren aber bis auf den Wärmeverlust über den Zylinder bekommt man die Kompressionsenergie ja vollständig zurück.
Was also bei diesem Motor übrig bliebe im Lastfreien betrieb wäre Lagerreibung und Wärmeverluste bei der Kompression über die Zylinderwand.
Für den Fall dass die Motorbremse benötigt wird am Berg könnte man sie ja zuschaltbar machen.
Meine Frage ist jetzt, weiß hier jemand wieviel Energie der Motor im Lastfreien Betrieb Anteilig für Lagerreibung, Ansaugen/Ausblaßen/Auspuffwiderstand und Thermische Verluste über die Zylinderwand verliert?
Grüße
Repiz
20 Antworten
Nette Idee, aaaber: Die vollkommen freie Ventilsteuerung braucht sicher noch Entwicklung, auch wenn solche Pläne existieren (dann wären übrigens noch ganz andere Optimierungen möglich). Alternative: Die Motorsteuerung einfach auskuppeln lassen (moderne Autos dürften sowieso mit Automatik augestattet sein).
Die Idee des TE ist ja die zu beschleunigen um dann mit dem Schub weiterzurollen ohne auszukuppeln. Später dann wieder beschleunigen um dann wieder zu rollen. Also quasi ohne Motorbremse - man geht vom Gas, behält den Gang und nutzt den Schub, bis man wieder beschleunigen will.
Beim Auskuppeln hätte man den Effekt, dass der Motor weiter Sprit im Leerlauf verbraucht. Deswegen die Anfrage des TE.
Ob so ein Kurzfristschub und dann Rollen-Zyklus-Fahren Verbrauchsvorteile bringt, wäre zu prüfen.
Hier wurde dieser Tage über ein LASER-Zündsystem diskutiert. Dazu soll es dann auch eine elektrische, oder pneumatische Ansteuerung der Ventile geben, die die bisherige, mechanische Ansteuerung der Ventile komplett ersetzen soll. Ich würde mal vermuten, dass im Sinne der Fragestellung noch ein Dekompressionsventil eingebaut werden müsste.
Die Idee des TE wurde längst umgesetzt. Beim Honda (Insight?) , einem parallelen Hybriden, werden die Ventile durch eine Nockenwellenverstellung beim Schubbetrieb geschlossen gehalten.
Auf so geringen Rollwiderstand wie beim Rollen im Leerlauf wird man aber nie kommen, da Getriebe, Kurbelwelle und Kolben noch ein erhebliches Schleppmoment haben, und auch die eingeschlossenen Gasvolumina haben "Walkverluste" und Blow-By-Verluste.
Deswegen halte ich das Konzept, den Verbrennungsmotor ohne Lastanforderung konsequent abzuschalten und vom Antriebsstrang zu trennen, besser. Wurde auf geial einfache Weise beim Toyota Prius umgesetzt.
Für konventionelle PKW habe ich auch eine Verbesserungsidee: Erweiterte Schubabschaltung.
Problem: Bei Saugrohr-Ottomotoren beginnt die Enspritzung z.T. schon wieder bei weniger als 1500U/min, d.h., daß man im 5. Gang die Schubabschaltung nur bis ca. 45-50km/h nutzen kann. Runterschalten ist unbequem und getriebeverschleißend und lohnt meist nicht.
Grund: Durch diesen "Fangbereich" soll das Ausgehen des Motors beim Auskuppeln zuverlässig vermieden werden, denn würde erst bei 900U/min eingespritzt werden, würde der Motor schon auf unter Anlaßdrehzahl gefallen sein, bis die erste zündfähige Gemischladung wieder verdichtet wäre.
Lösung: Motorsteuerung erkennt anhand der Synchronität von Tacho- und Drehzahlsignal ein Rollen mit eingelegtem Gang. Ein Kupplungspedal-Berührungssensor erkennt ms-genau, wann der Auskuppelvorgang beginnt. Daher kann jetzt schon, noch bevor die Kupplung trennt (zwischen Fuß-auf-Kupplung und Kupplung getrennt vergehen 300ms) wieder eingespritzt werden. Vorteil: Die Schubabschaltung ist bis knapp unter Leerlaufdrehzahl wirksam, ohne daß der Motor beim Auskuppeln ausgeht.
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Die aller einfachste Lösung wäre eine erweiterte Start-Stop Automatik (bspw. BMW).
Beim Rollen Kupplung treten und Schalthebel in den Leerlauf - Kupplung loslassen und Motor bleibt stehen. Trete ich die Kupplung weil ich den passenden Gang einlegen möchte startet der Motor wieder.
Damit wird sogar noch der innere Widerstand des Motors beim Rollen weggenommen und man wird noch weniger abgebremst.
Ne, finde ich nicht gut. Produziert unnötig viele Start-Stop-Vorgänge, manchmal nur wenige Sekunden dauernde Stops. Kontraproduktiv.
Bei Start-Stop halte ich nur Lösungen für sinnvoll, die elektrisch anfahren können und somit die Sekunde des Startvorgangs überbrücken. Das bietet nur das elektrische CVT des Prius.
Was ich für eine gute "BMW-Erfindung" halte, ist der Lastabwurf der Lima beim Beschleunigen und Micro-Rekuperation durch erhöhte Ladespannung beim Schubbetrieb. Billig umzusetzen bei konventionellen Fahrzeugen.
Zitat:
Original geschrieben von SeatArosa1.7SDI
Ne, finde ich nicht gut. Produziert unnötig viele Start-Stop-Vorgänge, manchmal nur wenige Sekunden dauernde Stops. Kontraproduktiv.
Bei Start-Stop halte ich nur Lösungen für sinnvoll, die elektrisch anfahren können und somit die Sekunde des Startvorgangs überbrücken. Das bietet nur das elektrische CVT des Prius.
Und warum ist das eine gut und das andere schlechter ??
Ganz einfach, weil es unnötiger Verschleiß und technisch unelegant ist, einen normalen Schubschraubanlasser automatisch zu betätigen. Außerdem hast du die Gedenksekunde, bis der Motor wieder angelassen ist (darunter leidet die Fahrdynamik), hast Kupplung, Schalthebel... Nichts halbes und nichts ganzes.
Wenn schon Start-Stop, dann so wie im Prius. Beschäftige dich mal mit dem HSD
Zitat:
Original geschrieben von SeatArosa1.7SDI
Ganz einfach, weil es unnötiger Verschleiß und technisch unelegant ist, einen normalen Schubschraubanlasser automatisch zu betätigen. Außerdem hast du die Gedenksekunde, bis der Motor wieder angelassen ist (darunter leidet die Fahrdynamik), hast Kupplung, Schalthebel... Nichts halbes und nichts ganzes.Wenn schon Start-Stop, dann so wie im Prius. Beschäftige dich mal mit dem HSD
Ich kenn das System ...
Wenn du mit dem Anlasser anfahren willst brauchst du einen deutlich dickeren Akku und einen kräftigen "Anlasser" ... dann hast du aber schon beinahe einen Hybrid.
Es geht hier aber nur darum den normalen Verbrenner zu optimieren ...
Ja, um den normalen Verbrenner kostengünstig zu optimieren, zähle ich noch mal auf:
- erweiterte Schubabschaltung
- Micro-Rekuperation und Lastabwurf der Lima (BMW)
- Warnlampe, wenn der Motor in die Volllastanfettung geht und einstellbarer Fahrmodus, die Volllastanfettung zu deaktivieren (und damit allerdings auf P max und "Fahrspaß" zu verzichten)
- bei LPG/CNG/E85-ab-Werk generell den Basismotor von der Verdichtung her schon auf 98 Oktan optimieren, adaptive Klopfregelung bis 130 Oktan
Zitat:
Original geschrieben von SeatArosa1.7SDI
Ganz einfach, weil es unnötiger Verschleiß und technisch unelegant ist, einen normalen Schubschraubanlasser automatisch zu betätigen. Außerdem hast du die Gedenksekunde, bis der Motor wieder angelassen ist (darunter leidet die Fahrdynamik), hast Kupplung, Schalthebel... Nichts halbes und nichts ganzes.Wenn schon Start-Stop, dann so wie im Prius. Beschäftige dich mal mit dem HSD
Deshalb schrieb ich BMW, eben weil es das System ohne Anlasser funktioniert (zugegeben nur beim Benziner)
Das MSG merkt sich welcher Zylinder mit Sauerstoff gefüllt und in der richtigen Position ist. Über die Direkteinspritzung wird Kraftstoff eingespritzt und dann gezündet, dies startet den Motor. Eben dies eliminiert die Gedenksekunde, und zudem sehe ich beim Rollen was kommt und kann die Kupplung zum starten drücken. Der Verschleiß dürfte auch niedriger sein als beim normalen stop and go Berufsverkehr, da geht der Motor öfter aus und an.
Also ich sehe da kein Problem, außer einem elektr. Bremskraftverstärker der hierbei notwendig wird und abgesehen von der Motorsteuerung über die Kupplung existiert das System im Prinzip in BMWs.
Danke für die vielen Beiträge. Interessant dass man das schon über eine Nokenwellenabschaltung gelöst hat.
Man fragt sich wieso das nicht öfters gemacht wird wenn es denn funktioniert. Es ist zwar kein riesen Minderverbrauch aber n paar Prozent hier und da bringen auch was.
Die Startstoppautomatik fürs Rollen verwenden halte ich für nicht gut. Die Probleme liegen da nicht nur im Anlasser selbst und der verminderten Fahrdynamik. Man würde damit auch Motor und Lager erheblich mehrbelasten. Bei jeder Abschaltung und beim Anlassen fährt man einmal durch die Aufhängungsresonanz des Motors, das bedenken viele nicht die vorschlagen man solle den Motor jedes mal abschalten wenn man vom Gas geht. Das ist völlig utopisch, wäre bei mir für eine EInkaufsfahrt mindestens 20 mal start und stopp.
Die erweiterte Schubabschaltung hatte ich mir auch schon überlegt. Auch hier frage ich mich wieso es das nicht längst gibt. Würde fast nix kosten.
Denkbar wäre auch die generelle Optimierung der niedrigen Drehzahlen indem man in den Motor ein Schwungrad integriert dessen Massen senkrecht zur Achse bewegt werden können in Abhängigkeit von der Drehzahl. So könnte man 1000 RPM mit einem Vierzylinder laufruhig ausfahren und der Motor wäre trotzdem drehfreudig.
Würde man hier an vielen kleinen STellen optimieren und das Ganze mit Schubabschaltung und Bremsenergierückgewinnung kombinieren wäre man ein gutes Stück weiter als der Prius. Im Verbrennungsmotor steckt noch viel, ich glaube nicht, dass man um den so schnell rumkommen wird.
Grüße
Repiz
Im endeffekt ist es so, daß die motorbremse eigentlich nur ein laufen des motors ist ohne kraftstoff zu verbrennen (schubabschaltung)
würde der motor ausgekuppelt, würde der motor die drehbewegung erhalten müssen, was kraftstoff benötigt.
du kannst gerne den motor abschalten und aukuppeln, dann rollst du weiter und der motor läuft nicht.
...klar !
....und diverse Nebenaggregate wie Bremsservo und Servolenkung werden gleich mit lahmgelegt.
Gute Idee ! (im Sinne von Darwin)
Gruß SRAM